CN107378236B - 一种为激光精密加工去除加工碎屑的真空吸尘装置 - Google Patents

一种为激光精密加工去除加工碎屑的真空吸尘装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种为激光精密加工去除加工碎屑的真空吸尘装置，包括防尘罩和抽真空过滤装置；工作时，防尘罩的底端的接触面贴合在待加工工件的待加工部位，激光去重装置发出的激光经过增透玻璃、真空腔体后作用于待加工工件的待加工部位，对待加工工件进行去重，抽真空过滤装置对去重过程中产生的粉尘进行吸尘。本发明首次提出了局部包围式的吸尘结构，将加工区域与工件定子与转子之间的间隙隔离开，使得污染源无法进入间隙内，避免了加工过程中对间隙内的污染，真空吸尘装置与加工工件之间接触面的压力小，保证了高速旋转器件转子与定子之间不产生额外的作用力。

Description

一种为激光精密加工去除加工碎屑的真空吸尘装置
技术领域
本发明涉及一种为精密加工去除加工碎屑的真空吸尘装置，为高精度激光去重系统实现污染物质防护及微米级颗粒阻挡防护，属于吸尘技术领域。
背景技术
随着高速旋转器件(例如气浮轴承等)精度和稳定性的不断提高，对转子动平衡的精度和工艺要求也越来越高，动平衡实质上是通过改变转子的质量分布来完成的。激光动平衡机采用脉冲激光代替机械钻头打孔，以去除不平衡转子的偏重部分，完成对转子质心的精密调整。脉冲激光打孔产生的碎屑颗粒小，重量低，易随空气流动漂浮散布，进入工件定子与转子间的气隙，对电机造成损坏，需要设计防尘单元。而工件定子与转子间的配合间隙要求小于5微米，因此需要去除在去重过程中残留在定子与转子间的粉尘颗粒。例如气浮轴承转速可达3万转/分钟，不允许定子与转子间的配合间隙中有任何残留。
传统开放式吸尘方法将吸尘器喇叭口对准产生碎屑的工作位置，依靠吸尘器抽取附近空气形成气流，带动产生的碎屑将其吸入吸尘管道。这种方法具有非常显著的缺点：为扩大吸尘窗口，吸尘器端口使用喇叭口结构，使吸尘的功率分散，一些质量较大的金属碎屑无法吸入吸尘管道，吸尘不彻底，无法去除微米级的粉尘；吸尘端口附近气流复杂，部分碎屑会被对流气流吹动，使污染物质及碎屑颗粒扩散到工作环境中，损坏仪器设备及工作人员的健康。
传统工件全包围式的吸尘方法，需要将工件定子与转子全部放置在真空环境中，污染源与间隙没有进行隔离，粉尘颗粒仍有可能进入工件定子与转子之间的间隙。另外为了保证真空腔室的气密性，通常吸尘装置真空腔与工件间有较大的接触压力，而高速旋转器件转子与定子之间的作用力不允许有超过1N，因此这种吸尘方法不适用于高速旋转器件。如何设计一种全新的吸尘装置，解决高速旋转器件去重过程产生的碎屑污染，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种为激光精密加工去除加工碎屑的真空吸尘装置，该装置功率更集中，能够去除全部碎屑，且能够阻止污染物质及碎屑颗粒扩散。
本发明目的通过如下技术方案予以实现：
提供一种为激光精密加工去除加工碎屑的真空吸尘装置，包括防尘罩(2)和抽真空过滤装置；
所述防尘罩(2)包括上盖(21)、增透玻璃(22)、真空腔体(23)；所述真空腔体(23)包括位于底端的接触面(34)、腔室(32)、位于顶端的凹槽(31)和位于前端的气道(33)；所述底端的接触面(34)与待加工工件的待加工部位形状匹配，底端的接触面(34)与顶端凹槽(31)之间为通孔形成的腔室；凹槽(31)用于放置增透玻璃(22)；所述上盖(21)用于将增透玻璃(22)固定在凹槽内；气道与抽真空过滤装置的气道相连；
工作时，防尘罩(2)的底端的接触面(34)贴合在待加工工件的待加工部位，激光去重装置(1)发出的激光经过增透玻璃(22)、真空腔体(23)后作用于待加工工件的待加工部位，对待加工工件进行去重，抽真空过滤装置对去重过程中产生的粉尘进行吸尘。
优选的，所述防尘罩(2)还包括螺栓(24)、弹簧(25)；螺栓(24)用于将防尘罩(2)固定至可升降悬臂梁(8)，弹簧(25)套设在螺栓(24)上，在防尘罩(2)与悬臂梁之间。
优选的，所述螺栓(24)共四个，分别连接在真空腔体(23)上端的四角。
优选的，抽真空过滤装置为防尘罩(2)的腔室提供的负压在15kPa～25kPa之间。
优选的，防尘罩(2)通过可升降悬臂梁(8)调节位置，可升降悬臂梁(8)控制防尘罩(2)下降至与待加工工件接触，当弹簧压缩1～2mm时，停止下降。
优选的，抽真空过滤装置包括前端吸尘管(3)、过滤箱(6)、后端吸尘管(4)和真空发生器(5)；前端吸尘管(3)的前端连接真空腔体(23)前端的气道(33)，前端吸尘管(3)的后端插入过滤箱(6)内部，位于滤网上部；后端吸尘管(4)的前端位于滤网下部，后端吸尘管(4)的后端连接真空发生器(5)；
工作时，启动真空发生器(5)，真空发生器(5)进行吸气，气体及粉尘经加工工件(7)上端表面、腔室(32)、气道(33)进入前端吸尘管(3)，经过滤箱(6)内的滤网过滤粉尘后，气体经后端吸尘管(4)进入真空发生器(5)。粉尘收集在滤网网中。
优选的，气道(33)上还设置有气压表(9)，用于检测前端吸尘管(3)内的气压，当前端吸尘管(3)内的负压小于15kPa时增加真空发生器(5)的功率，当前端吸尘管(3)内的负压大于25kPa时降低真空发生器(5)的功率。
优选的，启动真空发生器(5)，初始为低功率。
优选的，防尘罩(2)采用3D打印技术制作，材质例如采用柔性或半刚性材料，例如为PLA。
优选的，所述真空腔体(23)底端的接触面(34)涂抹一层硅胶，优选的厚度为0.4mm～0.6mm。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明首次提出了局部包围式的吸尘结构，将加工区域与工件定子与转子之间的间隙隔离开，使得污染源无法进入间隙内，避免了加工过程中对间隙内的污染。
(2)本发明的真空吸尘装置与加工工件之间接触面的压力小，仅包括防尘罩的自重(25g)、弹簧压力(小于0.1N)和真空吸力(0.25N)，保证了高速旋转器件转子与定子之间不产生额外的作用力。
(3)本发明优选了真空吸力，在15kPa～25kPa之间，一方面保证了除尘彻底，另一方面保证了没有产生过大的真空吸力。
(4)本发明在防尘罩的上端设置弹簧，一方面辅助防尘罩与工件间接触面贴合，另一方面防止防尘罩与工件间刚性接触产生过大的力。
(5)本发明在防尘罩与工件间接触的面上涂有硅胶，增强了接触面的气密性。
附图说明
图1为本发明的整体工作系统示意图；
图2为本发明的真空吸尘装置结构示意图。
图3为本发明的真空吸尘主体结构图，其中图3(a)为主体结构正面剖视图，3(b)为主体结构侧面剖视图。
具体实施方式
本发明的真空吸尘装置包括防尘罩(2)和抽真空过滤装置；结合图1，所述防尘罩(2)包括上盖(21)、增透玻璃(22)、真空腔体(23)、螺栓(24)、弹簧(25)，结合图2。
结合图3(a)～(b)，所述真空腔体(23)包括位于底端的接触面(34)、腔室(32)、顶端凹槽(31)和前端的气道(33)；所述底端的接触面(34)与待加工工件(7)的待加工部位形状精确匹配，误差小于0.5mm，覆盖待加工部位；底端的接触面(34)与顶端凹槽(31)之间为通孔形成的腔室，腔室需要保证激光正常通过，不影响激光去重，腔室高度大于加工过程中粉尘的飞溅高度，防止损伤增透玻璃(22)；顶端凹槽(31)用于放置增透玻璃(22)；上盖(21)用于将增透玻璃(22)固定在凹槽内，上盖(21)为可拆卸结构，便于更换或清洗增透玻璃(22)；前端的气道与抽真空过滤装置的气道相连，在腔室内形成负压。本发明的真空腔体(23)底端的接触面(34)仅覆盖待加工工件的待加工部位，例如对于气浮轴承来说，仅覆盖转子外端面的1/3圆周，定子在真空腔体(23)外部，加工过程中产生的粉尘直接通过抽真空过滤装置吸出，不会进入定子与转子之间的空隙中，从根本上解决了加工过程中粉尘污染问题。
所述螺栓(24)上套设弹簧(25)，螺栓(24)用于将防尘罩(2)固定至可升降悬臂梁(8)。螺栓(24)共四个，分别连接在真空腔体(23)上端的四角。
防尘罩(2)通过可升降悬臂梁(8)调节位置，可升降悬臂梁(8)控制防尘罩(2)下降至与待加工工件接触，当弹簧压缩1～2mm时，停止下降，保证了防尘罩(2)与待加工工件柔性接触。
在使用时，防尘罩(2)设置在激光去重装置(1)与待加工工件(7)之间，激光去重装置(1)发出的激光经过增透玻璃(22)、真空腔体(23)后作用于待加工工件(7)，对待加工工件(7)进行去重，抽真空过滤装置对去重过程中产生的粉尘(碎屑)进行吸尘。
抽真空过滤装置包括前端吸尘管(3)、过滤箱(6)、后端吸尘管(4)和真空发生器(5)。前端吸尘管(3)的前端连接真空腔体(23)前端的气道(33)，前端吸尘管(3)的后端插入过滤箱(6)内部，位于滤网上部；后端吸尘管(4)的前端位于滤网下部，后端吸尘管(4)的后端连接真空发生器(5)。
工作时，启动真空发生器(5)，真空发生器(5)进行吸气，气体及粉尘经加工工件(7)上端表面、腔室(32)、气道(33)进入前端吸尘管(3)，经过滤箱(6)内的滤网过滤粉尘后，气体经后端吸尘管(4)进入真空发生器(5)。粉尘收集在滤网网中。
启动真空发生器(5)调节其功率，初始为低功率抽真空，后续基于提供的负压反馈调节，保证前端吸尘管(3)的负压在15kPa～25kPa之间。前端吸尘管(3)上还设置有气压表(9)，用于检测前端吸尘管(3)内的气压，当前端吸尘管(3)内的负压小于15kPa时增加真空发生器(5)的功率，当前端吸尘管(3)内的负压大于25kPa时降低真空发生器(5)的功率。前端吸尘管(3)的负压与腔室直接相连，二者之间负压相同。
优选的，真空腔体(23)为矩形结构，四个角分别开设有纵向通孔，上盖(21)对应的位置也开设有通孔，所述螺栓为长螺栓的下端依次穿过真空腔体(23)的通孔和上盖(21)的通孔，配合螺母在上盖(21)上端固定，长螺栓的尾端穿过悬臂梁的固定孔，将防尘罩(2)固定在悬臂梁上。悬臂梁通过伺服电机驱动防尘罩(2)上下移动。弹簧(25)设置防尘罩(2)与悬臂梁之间。
在一个实施例中，防尘罩(2)采用3D打印技术制作，材质采用柔性或半刚性材料，例如为PLA。
在一个实施例中，底端的接触面(34)涂抹一层硅胶，厚度为0.4mm～0.6mm，保证接触面的气密性。
实施例
下面结合附图对本发明所述的一个具体实例进行说明：
本实例主要针对激光精密去重系统进行加工碎屑去除，阻止污染物质及碎屑颗粒扩散，损坏仪器设备，适用于精密数控加工系统。
本实例由激光去重装置(1)，真空吸尘装置(2)，前端吸尘管(3)，后端吸尘管(4)，真空发生器(5)，过滤箱(6)和加工工件(7)组成激光动平衡加工系统。使用MHX-02-007型号的激光去重装置(1)去除不平衡转子的偏重部分，转子为最大直径34mm、高25mm的复杂形状金属结构实体。工作时，激光去重装置发射激光，透过真空吸尘装置(2)的增透玻璃片(22)，去除转子偏重部分，同时，开启真空离子泵(5)，在吸尘管道及真空吸尘装置(2)内形成负压，将激光去重产生的碎屑吸入前端吸尘管(3)，最终收集在过滤箱(6)的过滤网中。
采用本发明的吸尘装置吸尘后，系统可靠性和洁净度得到了明显的提高，在去重过程中对旋转器件的洁净度未产生任何影响。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (11)

1.一种为激光精密加工去除加工碎屑的真空吸尘装置，其特征在于：包括防尘罩(2)和抽真空过滤装置；
所述防尘罩(2)包括上盖(21)、增透玻璃(22)、真空腔体(23)；所述真空腔体(23)包括位于底端的接触面(34)、腔室(32)、位于顶端的凹槽(31)和位于前端的气道(33)；所述底端的接触面(34)与待加工工件的待加工部位形状匹配，底端的接触面(34)与顶端凹槽(31)之间为通孔形成的腔室；凹槽(31)用于放置增透玻璃(22)；所述上盖(21)用于将增透玻璃(22)固定在凹槽内；气道(33)与抽真空过滤装置的气道相连；
工作时，防尘罩(2)的底端的接触面(34)贴合在待加工工件的待加工部位，激光去重装置(1)发出的激光经过增透玻璃(22)、真空腔体(23)后作用于待加工工件的待加工部位，对待加工工件进行去重，抽真空过滤装置对去重过程中产生的粉尘进行吸尘。
2.根据权利要求1所述的为激光精密加工去除加工碎屑的真空吸尘装置，其特征在于：所述防尘罩(2)还包括螺栓(24)、弹簧(25)；螺栓(24)用于将防尘罩(2)固定至可升降悬臂梁(8)，弹簧(25)套设在螺栓(24)上，在防尘罩(2)与悬臂梁之间。
3.根据权利要求2所述的为激光精密加工去除加工碎屑的真空吸尘装置，其特征在于：所述螺栓(24)共四个，分别连接在真空腔体(23)上端的四角。
4.根据权利要求1或2所述的为激光精密加工去除加工碎屑的真空吸尘装置，其特征在于：抽真空过滤装置为防尘罩(2)的腔室提供的负压在15kPa～25kPa之间。
5.根据权利要求2或3所述的为激光精密加工去除加工碎屑的真空吸尘装置，其特征在于：防尘罩(2)通过可升降悬臂梁(8)调节位置，可升降悬臂梁(8)控制防尘罩(2)下降至与待加工工件接触，当弹簧压缩1～2mm时，停止下降。
6.根据权利要求1或2所述的为激光精密加工去除加工碎屑的真空吸尘装置，其特征在于：抽真空过滤装置包括前端吸尘管(3)、过滤箱(6)、后端吸尘管(4)和真空发生器(5)；前端吸尘管(3)的前端连接真空腔体(23)前端的气道(33)，前端吸尘管(3)的后端插入过滤箱(6)内部，位于滤网上部；后端吸尘管(4)的前端位于滤网下部，后端吸尘管(4)的后端连接真空发生器(5)；
工作时，启动真空发生器(5)，真空发生器(5)进行吸气，气体及粉尘经加工工件(7)上端表面、腔室(32)、气道(33)进入前端吸尘管(3)，经过滤箱(6)内的滤网过滤粉尘后，气体经后端吸尘管(4)进入真空发生器(5)；粉尘收集在滤网网中。
7.根据权利要求6所述的为激光精密加工去除加工碎屑的真空吸尘装置，其特征在于：气道(33)上还设置有气压表(9)，用于检测前端吸尘管(3)内的气压，当前端吸尘管(3)内的负压小于15kPa时增加真空发生器(5)的功率，当前端吸尘管(3)内的负压大于25kPa时降低真空发生器(5)的功率。
8.根据权利要求1或2所述的为激光精密加工去除加工碎屑的真空吸尘装置，其特征在于：防尘罩(2)采用3D打印技术制作。
9.根据权利要求8所述的为激光精密加工去除加工碎屑的真空吸尘装置，其特征在于：3D打印材质采用柔性或半刚性材料。
10.根据权利要求1或2所述的为激光精密加工去除加工碎屑的真空吸尘装置，其特征在于：所述真空腔体(23)底端的接触面(34)涂抹一层硅胶。
11.根据权利要求10所述的为激光精密加工去除加工碎屑的真空吸尘装置，其特征在于：硅胶的厚度为0.4mm～0.6mm。
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